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高回填边坡失稳原因分析及支护形式研究

发表时间：2020/11/9 来源：《基层建设》2020年第21期作者：王强王娟

[导读] 摘要：随着我国城市化发展进程的逐步加快，山地建筑越来越多，其中涉及到大量的挖方和填方边坡。

        广东博意建筑设计院有限公司广东省佛山市 528312
        四川省地质工程勘察院集团有限公司四川成都 610072
        摘要：随着我国城市化发展进程的逐步加快，山地建筑越来越多，其中涉及到大量的挖方和填方边坡。目前，对于挖方边坡的支护形式和破坏模式相对比较完善。但是对于回填边坡，特别是高回填边坡，由于回填土的特殊性，边坡支护设计时，除了参数取值相对于原状土有所降低以外，还需要考虑后期土体自重固结对边坡支护形式的影响。因此，合理的支护形式对高回填边坡的稳定性有着至关重要在作用。本文结合了某高回填边坡的失稳原因，提出了高回填边坡合理的支护形式。
        关键词：高回填边坡；支护形式；破坏模式；自重固结；
        1.某高回填边坡失稳原因分析
        1.1工程概况
        某项目回填边坡高度约20米，宽度约50米，坡脚靠近一条河流，上部为一两层商铺，仅有少部分放坡空间；在前期场地整平过程中，已经对商铺范围内的填土进行了强夯处理。原设计采用抗滑桩+锚索的支护方案，抗滑桩直径1.8米，间距4米，锚索为4排6束15.2的预应力锚索，锚索长度约45米，锚固段为中风化灰岩，原边坡支护剖面如图1。边坡支护施工完成5年之后在未发现明显的变形情况下突然失稳，抗滑桩从中部断裂，断面平整光滑，钢筋断面齐整，断裂处钢筋长度基本一致；锚索断裂，断裂处锚索锈蚀严重，所幸未造成人员伤亡。

        图1 原边坡支护方案
        1.2边坡失稳原因分析
        通过现场调查发现，边坡失稳的原因有很多，直接原因是锚索断裂，锚索断裂之后，抗滑桩未起到缓冲作用，属于脆性破坏。影响锚索破坏的因素主要有几点：一是由于仅在有建筑的位置对回填土进行强夯，在建筑与边坡之间还是有部分回填土，如图1所示，这部分回填土施工时未能按照设计要求分层压实。在后期自重固结时，产生固结沉降，除对锚索施加一个弯曲荷载以外，锚索下部的土体也会脱空，使锚索悬空，锚索因其受上部土体自重作用下产生弯曲。由于锚索位于填土段为一柔性的钢绞线，抗弯刚度较小，当锚索处于绷紧状态时，只需稍许横向力，锚索内力将会数倍的增加，极有可能把锚索绷断。二是由于回填土较厚，锚索必须穿过回填土达到中风化层，锚索的长度较长，施工质量难以保证。三是施工时锚索未做防锈处理，锈蚀加速了锚索的断裂。
        抗滑桩断裂原因分析：通过对现场抗滑桩断面的分析，发现断面光滑，切口水平整齐，钢筋断面齐整，断裂处钢筋出露长度基本一致，再结合现场未发生破坏的桩进行对比，得出以下结论，施工时抗滑桩分段浇筑，抗滑桩钢筋也是分段搭接，且在同一个位置搭接，搭接长度未满足规范要求，这就造成了在分段浇筑位置是一个薄弱位置，这也是为什么抗滑桩断面平整光滑的原因。和正常的抗滑桩断裂的断面倾斜粗糙有着明显的区别。
        2.高回填边坡支护形式研究
        通过上面的案例，高回填边坡在支护设计时不能仅仅把回填土当成一层力学参数相对较低的土层，还应根据回填土自身的特殊性，考虑自重固结对支护结构的影响。根据不同的回填土形式，提出以下几种高回填边坡支护形式建议。
        2.1加筋土挡土墙
        加筋土挡土墙是在土中加入拉筋，利用拉筋与土之间的摩擦作用，改善土体的变形条件和提高土体的工程特性，从而达到稳定土体的目的。加筋土挡土墙由填料、在填料中布置的拉筋以及墙面板三部分组成。加筋土是柔性结构物，能够适应地基轻微的变形，填土引起的地基变形对加筋土挡土墙的稳定性影响比对其他结构物小，地基的处理也较简便；它是一种很好的抗震结构物；节约占地，造型美观；造价比较低，具有良好的经济效益。但一般应用于地形较为平坦且宽敞的填方区，在挖方区或地形陡峭的山坡，由于不利于布置拉筋，一般不宜使用。
        2.2双排桩支护
        双排桩是上个世纪90年代最初在基坑支护中使用，后来推广到软土地区，该支护可以理解为把原密集的单排悬臂桩的部分桩后移，并在桩顶采用刚性梁把前后排桩连接起来，在支护长度方向形成一个类似门式框架结构的空间支护体系，属于悬臂式空间支护结构。在没有锚索（锚杆）的情况下，发挥空间组合桩的整体刚度和空间效应，并与桩之间土协同作用，达到保持边坡稳定，控制变形的作用。和单排悬臂桩相比，成本和位移都相对较小；优点是该支护体系稳定性较好，可以用于较高且支护空间较窄的回填土边坡，但是造价相对较高。
        2.3桩基托梁
        桩基托梁支护形式是采用下部双排桩+上部挡土墙的支护形式，双排桩与挡土墙之间采用刚性连接，相对于单一的双排桩，由于上部挡土墙的自重较大，下部双排桩悬臂段相对较短，抗弯能力更强，整体位移相对更小的优点。近年来，越来越多的高回填区域采用这种形式，通过后期的监测，目前绝大部分桩基托梁边坡支护稳定性较好。
        2.4桩锚支护
        在某些特殊情况下，对于已经开挖的陡峭岩质边坡需要回填，这类边坡往往较高，空间狭窄，采用双排桩或桩基托梁施工难度大，需要再陡峭的岩壁上施工（图2）。采用单一的悬臂桩支护往往需要做很大的截面的抗滑桩，且位移较大，造价较高。

        图2 特殊高回填边坡示意图
        为了能更好的控制边坡的位移和节约边坡支护造价，最好能在桩身增加几道锚索。但是由于边坡空间有限，压实难度较大，后期沉降在所难免，可能会引起锚索断裂，边坡失稳。为了避免这种情况，建议把桩后做锚索的位置（500mm左右宽度）的回填土采用低标号混凝土代替。笔者对几个项目采用这种形式的边坡支护进行了试验，根据监测结果显示，边坡稳定。
        结束语：
        高回填边坡支护设计时，需要结合实际场地地形、工程地质特性选取合理的边坡支护方案，对边坡的稳定性和支护成本的控制起至关重要的作用。其次是施工过程中需要严格按照规范施工，抗滑桩桩身应整体一次成型，避免多次浇筑形成软弱面。钢筋笼须按照规范制作，同一个连接区段内的受拉钢筋搭接接头面积百分率必须满足规范的相关规定，避免发生边坡失稳。
        参考文献：
        [1]雷用.建筑边坡工程技术规范算例[M].中国建筑工业出版社，2016.81-82.
        [2]魏巧永.加筋土挡土墙[J].黑龙江交通科技，2013，36（3）：79-79.
        [3]中华人民共和国行业标准建筑边坡工程技术规范（GB 50330-2013）[S].北京：中国建筑工业出版社，2013